三相异步电动机的起动、调速和制动
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二、变频调速
当转差率基本不变时，电动机转速与电源频率 成正比，因此改变频率就可以改变电动机的转速， 这种方法称为变频调速。 把异步电动机额定频率称为基频，变频调速时， 可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。
1、从基频向下调节 异步电动机正常运行时
U1 E1 4.44 f1 N1 K N1Φm
第12章 三相异步电动机的 起动、调速和制动
12.1
三相笼型异步电动机的起动
一、对起动性能的要求
① 起动电流要小，以尽量减少由起动电流引 起的电网上电压降，而直接影响接在同一电 网上的其他电气设备的正常运行； ② 起动转矩要大，大于负载转矩，确保能够 起动，并使起动过程加快。
二、鼠笼式异步电动机起动
表12－1 三相鼠笼式异步电动机起动方法的比较
起动方法 直接起动 串电抗起 动 星－角起 动 自耦变压 器 起动电流相对值 起动电压相对值 (供电变压器线电流 (电动机相电压) ) 1 1 起动转矩相对 值 1 起动设备 最简单
k
1 3
k
1 3
k
1 3
2
2
一般 简单只用于△ 接380V电机
k
k
k
2
1、直接起动 直接起动是利用刀闸开关或交流接触器把电动机 定子绕组直接接到额定电压的电源上，所以也称为 全压起动。 2. 降压起动 所谓降压起动就是在起动时，降低加在电动机 定子绕组上的电压，以减小起动电流，待电机转速 趋向于稳定后，再将定子绕组上电压恢复到正常值。
(1)定子回路串电抗器起动
2 2 r x U1 k k k 2 2 UN rk ( x xk )
一、转子串电阻起动
12.3
三相绕线式异步电动机的起动
图12－11 绕线式异步电动机转子串电阻分级起动 (a)接线图； (b)机械特性
二、转子串频敏变阻器起动
图12－12 频敏变阻器 (a)结构示意图； (b)等效电路
12.4 三相异步电动机的调速
60 f1 n (1 s)n1 (1 s ) P
异步电动机的调速有以下几种方式： • 改变转差率s调速，称为变转差率调速； • 改变磁极对数P调速，称为变极调速；
• 改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。
一、 变极调速
2 p 4 时一相绕组的连接
(a) 连接图；(b) 展开图
2 p 2 时一相绕组的连接
(a) 把每相绕组分成两组；(b) 两组线圈反向串联；(c)两组线圈反向并联
从基频向下调节时，若电压不变，则主磁通 将增大，使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增 加、功率因数降低，因此在降低频率调速的同时， 必须降低电源电压。
根据机械负载的情况，在调速中可采用不同的 降低电压方法。例如，在拖动恒转矩负载时，保持 主磁通 不变，以保证最大转矩基本不变，此时需按 照 U1 E1 f1 f1 保持不变的规律来调节电压，也就是所谓的调 频调压。在异步电动机拖动风机负载低速运行时， 为了减小电动机铁 耗，可使主磁通低于其额定值， 为此电压应比 U1 保持不变时的电压更低一些。
kIst Ist
Tst k 2Tst
(2)星—角换接起动 对于正常运行时定子绕组接成角形的三相鼠笼 型异步电动机，为了减小起动电流，可以采用星— 角换接起动，即起动时，定子绕组星接，起动后换 成角接。 U
U1 1 3 UN UN 3
N
UN I st 3Z k 1 I st 3U N 3 Zk
f1
2、从基频向上调节
由于电源电压不能高于电动机的额定电压，因此 当频率从基频向上调节时，电动机端电压只能保持为 额定值。这样，频率越高，主磁通越低，最大转矩也 越小。因此，从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负 载。 目前，变频调速通过使用变频器来实现。变频器 是一种采用电力电子器件的固态频率变换装置，作为 异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都 可以连续调节，可使异步电动机转速在较宽范围内平 滑调节。
较复杂，有三 种抽头可选
12.2
双鼠笼和深槽式三相异步电动机
一、深槽式三相异步电动机
深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布
起动时，转子频率最高，则漏抗最大，与电阻相 比，它起主要作用，这时影响转子电流分布的主 要因素是漏抗，因槽底部分漏抗较槽口部分大， 因此起动时，转子导体的电流就被“挤”到了槽 口部分(即趋肤效应)，其电流密度分布如图12－ 7(b)所示。其效果就相当于转子导体的有效截面 减小，电阻增大，从而增加了起动转矩又限制了 起动电流。 正常运转时，转子频率很低，转子漏抗大为减小， 甚至比转子电阻还小，此时转子电流的分布主要 取决于电阻，故转子导条电流近于均匀分布(趋肤 效应消失)，相当于使转子绕组电阻自动减小，改 善了运行性能。
二、双鼠笼三相异步电动机
图12－9 双鼠笼转子绕组中漏磁通的分布和铸铝转子
起动时，转子频率较高，转子漏抗远较电阻大， 此时影响转子绕组电流分布的主要因素是漏抗，因 上笼漏抗小，故起动时转子电流主要集中于上笼 (即趋肤效应)，因此，起动时上笼起主要作用。又 由于上笼的结构特点是电阻大，功率因数高，故有 较大起动转矩，因此，上笼亦称起动笼。 正常运行时，转子频率很低，漏抗就很小，此时 影响转子绕组电流分布的主要因素是电阻，因下笼 电阻小，故大部分电流从下笼流过，此时漏抗又较 小，功率因数就较高，故有较大转矩，因此运行时 主要靠下笼，故下笼亦称运行笼。
Tst U1 1 Tst 3 UN
2
(3)自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动原理接线如图12－5所示， 其一次侧接电源，二次侧降低的电压接电动机定子 绕组，起动前先将K合向起动位置(此时电动机定子
绕组接在自耦变压器二次侧)，待电动机转速接近额
定转速时，迅速把K切换到运行位置，此时自耦变压 器被切除(脱离电源)，电动机直接与电网相连。
图12－5 自耦变压器起动线路
图12－6 自耦变压器降压起动时的一相电路
自耦变压器起动参数关系：
U N2 k U N N1
I st k2 I st U I st k I st U N
Tst U 2 k Tst U N
2
N2 I st k N1 I st
二、变频调速
当转差率基本不变时，电动机转速与电源频率 成正比，因此改变频率就可以改变电动机的转速， 这种方法称为变频调速。 把异步电动机额定频率称为基频，变频调速时， 可以从基频向下调节，也可以从基频向上调节。
1、从基频向下调节 异步电动机正常运行时
U1 E1 4.44 f1 N1 K N1Φm
第12章 三相异步电动机的 起动、调速和制动
12.1
三相笼型异步电动机的起动
一、对起动性能的要求
① 起动电流要小，以尽量减少由起动电流引 起的电网上电压降，而直接影响接在同一电 网上的其他电气设备的正常运行； ② 起动转矩要大，大于负载转矩，确保能够 起动，并使起动过程加快。
二、鼠笼式异步电动机起动
表12－1 三相鼠笼式异步电动机起动方法的比较
起动方法 直接起动 串电抗起 动 星－角起 动 自耦变压 器 起动电流相对值 起动电压相对值 (供电变压器线电流 (电动机相电压) ) 1 1 起动转矩相对 值 1 起动设备 最简单
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一般 简单只用于△ 接380V电机
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1、直接起动 直接起动是利用刀闸开关或交流接触器把电动机 定子绕组直接接到额定电压的电源上，所以也称为 全压起动。 2. 降压起动 所谓降压起动就是在起动时，降低加在电动机 定子绕组上的电压，以减小起动电流，待电机转速 趋向于稳定后，再将定子绕组上电压恢复到正常值。
(1)定子回路串电抗器起动
2 2 r x U1 k k k 2 2 UN rk ( x xk )
一、转子串电阻起动
12.3
三相绕线式异步电动机的起动
图12－11 绕线式异步电动机转子串电阻分级起动 (a)接线图； (b)机械特性
二、转子串频敏变阻器起动
图12－12 频敏变阻器 (a)结构示意图； (b)等效电路
12.4 三相异步电动机的调速
60 f1 n (1 s)n1 (1 s ) P
异步电动机的调速有以下几种方式： • 改变转差率s调速，称为变转差率调速； • 改变磁极对数P调速，称为变极调速；
• 改变电动机供电电源频率调速，称为变频调速。
一、 变极调速
2 p 4 时一相绕组的连接
(a) 连接图；(b) 展开图
2 p 2 时一相绕组的连接
(a) 把每相绕组分成两组；(b) 两组线圈反向串联；(c)两组线圈反向并联
从基频向下调节时，若电压不变，则主磁通 将增大，使磁路过于饱和而导致励磁电流急剧增 加、功率因数降低，因此在降低频率调速的同时， 必须降低电源电压。
根据机械负载的情况，在调速中可采用不同的 降低电压方法。例如，在拖动恒转矩负载时，保持 主磁通 不变，以保证最大转矩基本不变，此时需按 照 U1 E1 f1 f1 保持不变的规律来调节电压，也就是所谓的调 频调压。在异步电动机拖动风机负载低速运行时， 为了减小电动机铁 耗，可使主磁通低于其额定值， 为此电压应比 U1 保持不变时的电压更低一些。
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(2)星—角换接起动 对于正常运行时定子绕组接成角形的三相鼠笼 型异步电动机，为了减小起动电流，可以采用星— 角换接起动，即起动时，定子绕组星接，起动后换 成角接。 U
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2、从基频向上调节
由于电源电压不能高于电动机的额定电压，因此 当频率从基频向上调节时，电动机端电压只能保持为 额定值。这样，频率越高，主磁通越低，最大转矩也 越小。因此，从基频向上调节不适合于拖动恒转矩负 载。 目前，变频调速通过使用变频器来实现。变频器 是一种采用电力电子器件的固态频率变换装置，作为 异步电动机的交流电源，其输出电压的大小和频率都 可以连续调节，可使异步电动机转速在较宽范围内平 滑调节。
较复杂，有三 种抽头可选
12.2
双鼠笼和深槽式三相异步电动机
一、深槽式三相异步电动机
深槽转子中漏磁通的分布和起动时电流密度分布
起动时，转子频率最高，则漏抗最大，与电阻相 比，它起主要作用，这时影响转子电流分布的主 要因素是漏抗，因槽底部分漏抗较槽口部分大， 因此起动时，转子导体的电流就被“挤”到了槽 口部分(即趋肤效应)，其电流密度分布如图12－ 7(b)所示。其效果就相当于转子导体的有效截面 减小，电阻增大，从而增加了起动转矩又限制了 起动电流。 正常运转时，转子频率很低，转子漏抗大为减小， 甚至比转子电阻还小，此时转子电流的分布主要 取决于电阻，故转子导条电流近于均匀分布(趋肤 效应消失)，相当于使转子绕组电阻自动减小，改 善了运行性能。
二、双鼠笼三相异步电动机
图12－9 双鼠笼转子绕组中漏磁通的分布和铸铝转子
起动时，转子频率较高，转子漏抗远较电阻大， 此时影响转子绕组电流分布的主要因素是漏抗，因 上笼漏抗小，故起动时转子电流主要集中于上笼 (即趋肤效应)，因此，起动时上笼起主要作用。又 由于上笼的结构特点是电阻大，功率因数高，故有 较大起动转矩，因此，上笼亦称起动笼。 正常运行时，转子频率很低，漏抗就很小，此时 影响转子绕组电流分布的主要因素是电阻，因下笼 电阻小，故大部分电流从下笼流过，此时漏抗又较 小，功率因数就较高，故有较大转矩，因此运行时 主要靠下笼，故下笼亦称运行笼。
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(3)自耦变压器降压起动 自耦变压器降压起动原理接线如图12－5所示， 其一次侧接电源，二次侧降低的电压接电动机定子 绕组，起动前先将K合向起动位置(此时电动机定子
绕组接在自耦变压器二次侧)，待电动机转速接近额
定转速时，迅速把K切换到运行位置，此时自耦变压 器被切除(脱离电源)，电动机直接与电网相连。
图12－5 自耦变压器起动线路
图12－6 自耦变压器降压起动时的一相电路
自耦变压器起动参数关系：
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